Soldadura con cordón de temple (TBW) / Deposición controlada de soldadura (CWD)

¿Qué es la soldadura por cordón templado (TBW) o la deposición controlada de soldadura (CWD)?

La reparación de soldadura en equipos a presión y tuberías y otros componentes envejecidos y expuestos al servicio es siempre una tarea notoria para los ingenieros / especialistas en soldadura. Como sabemos, las propiedades de los materiales se degradan cuando se exponen a servicios de temperatura elevada, por ejemplo, en plantas petroquímicas, plantas de energía y plantas de acero. Debido a las propiedades mecánicas inferiores y degradadas, la soldadura de estos materiales es una tarea muy desafiante para los ingenieros de soldadura porque:

a. Microestructura propensa a cambiar a martensita

b. Controlar la dureza de la soldadura y HAZ

c. Minimizar las tensiones residuales

d. controlar el refinamiento del grano

e. Microestructura perjudicial para las propiedades de tenacidad.

La opción de recuperar las propiedades mecánicas como resistencia, ductilidad y tenacidad requiere el tratamiento térmico posterior a la soldadura. Pero la PWHT completa no es posible en plantas en servicio, debido al tamaño del equipo (piezas de gran tamaño), el alcance de la reparación y las propiedades del material, los problemas de propiedad del material después de muchos años de exposiciones relacionadas con el servicio y muchas otras limitaciones para nombra algunas razones.

Definición de soldadura por cordón de temple:

Definición ASME: ”Un cordón de soldadura colocado en una ubicación específica en o en la superficie de una soldadura con el propósito de afectar las propiedades metalúrgicas de la zona afectada por el calor (ZAT) o el metal de soldadura depositado previamente. El cordón puede estar encima, al ras o debajo de la superficie de metal base circundante. Si están por encima de la superficie del metal base, los cordones pueden cubrir todo o solo una parte del depósito de soldadura y pueden o no eliminarse después de la soldadura “.
En palabras simples, TBW se usa como una técnica de soldadura, cuando el acero al carbono, el acero de baja aleación o el acero de aleación están diseñados para usarse en condiciones de soldadura o un PWHT no es práctico.

Mire nuestro video de You Tube para aprender animaciones interactivas sobre la soldadura de cordones de temperamento https://www.youtube.com/embed/ccIvbKwxMy4?feature=oembed

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Introducción a la soldadura por cordones de temple

Técnica de soldadura con cordón de temple: desarrollada originalmente como una alternativa a las soldaduras con tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) exigidas por los códigos de diseño y construcción. La soldadura por cordón templado ofrece los beneficios que se enumeran a continuación:

  1. Ayuda a reducir la dureza HAZ soldada.
  2. Beneficioso para la soldadura de reparación de grandes estructuras para las que es difícil realizar el tratamiento térmico posterior a la soldadura especificado.
  3. Para refinar la ZAT de grano grueso en el metal base.
  4. Ayuda a reducir las tensiones residuales
  5. Proporcionar localizar PWHT de perlas anteriores 

Precaución: La  técnica TBW no sustituye al tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) en condiciones en las que las condiciones de servicio, según corresponda con los requisitos del código, requieran una reducción considerable de los niveles de tensión residual, entre otras cosas, con otros requisitos. Este tratamiento térmico tiene como objetivo mejorar localmente la tenacidad a la fractura y reducir la dureza máxima dentro de la ZAT producida por la reparación de la soldadura o la soldadura en servicio.

Normas y códigos de gobierno

No nuclear:

El Código Nacional de Inspección de Bardos (NBIC) es el código más común seguido para la reparación y alteración por industrias no nucleares. En NBIC, ciertas condiciones, como el tratamiento térmico posterior a la soldadura, de acuerdo con el código de construcción original, pueden ser desaconsejables o poco prácticas. En tales casos, pueden usarse métodos alternativos para PWHT. Una de las alternativas recomendadas es la técnica de soldadura con cordón templado. NBIC Parte 3, Cláusulas 2.5.3.2 a 2.5.3.5 son métodos en los que el procedimiento de soldadura requiere el uso de una técnica de soldadura de cordón templado.

Nuclear:

ASME Sec-III, NB-4622.9 permite reparaciones de soldadura limitadas en P-No. 1 y P-No. 3, sin PWHT o después del PWHT final, siempre que sea imposible o impráctico realizar un tratamiento térmico posterior a la soldadura del área después de la reparación, y siempre que se cumplan los requisitos adicionales de acuerdo con este código.

Principios metalúrgicos (cambios microestructurales) detrás de Weld & HAZ

La figura 1 muestra los diversos cambios microestructurales que ocurren durante un proceso típico de soldadura por arco. Esto ayuda a comprender lo que ocurre en la ZAT debido a la soldadura y el tratamiento térmico posterior a la soldadura, o la soldadura por cordón templado. La referencia aquí son los rangos de temperatura frente a la microestructura resultante con respecto al diagrama de fase hierro-carbono. Estos cambios microestructurales son válidos para muchos grados de aceros ferríticos convencionales (resistentes al carbono y a la fluencia) utilizados en la construcción de plantas de energía, petroquímicas y refinerías.

Técnicas de soldadura de cordones de temple

Durante la soldadura con cordones de temple, la entrada de calor, el precalentamiento y la secuencia del cordón de soldadura se controlan de cerca para:

  1. a) Limite la entrada de calor y el precalentamiento para evitar un engrosamiento excesivo del grano de la ZAC de “grano grueso” de la primera capa de soldadura;
  2. b) Aumentar la entrada de calor en una cantidad fija para la segunda capa de soldadura para refinar el grano de la ZAT de grano grueso de la primera capa de soldadura subyacente;
  3. c) Superponga la colocación de cordones de soldadura sucesivos para producir un refinamiento de grano del cordón adyacente.

Varias industrias y centros de investigación han desarrollado en todo el mundo múltiples técnicas de soldadura por cordón de temple. A continuación se muestran las técnicas importantes utilizadas:

  1. a) Técnica de media cuenta
  2. b) Técnica de deposición de soldadura controlada

Calificación del procedimiento de soldadura con cordón de temple

La nomenclatura de calificación del procedimiento de soldadura por cordón templado se define en la Sección IX del Código ASME para Calderas y Recipientes a Presión. Normalmente, esta técnica minimiza la entrada de calor de los cordones iniciales, limitando así el calor más allá de la zona afectada por el calor de la soldadura (ZAT) del metal base. La entrada de calor se incrementará para cordones sucesivos de acuerdo con las reglas de QW-290 para soldadura de cordones de temple en ASME Sección IX.

Las seis subcláusulas de esta sección proporcionan los requisitos para los requisitos de calificación del procedimiento, restricciones, variables esenciales y no esenciales, preparación y prueba de cupones de prueba y soldadura de reparación en proceso. Además, la subcláusula QW-290.6 proporciona requisitos de calificación suplementarios para los soldadores que realizarán el trabajo.

ASME Sec-IX es el código más comúnmente seguido para el procedimiento de soldadura y la calificación de desempeño. QW-290 aborda todas las cláusulas relevantes para la soldadura de cordones de temple. Cuando la Sección del Código aplicable especifica el uso de este párrafo para la soldadura de cordón templado, se aplicarán QW-2 90.1 hasta QW-290.6. Las cláusulas apropiadas son las siguientes: –

  • QW-290.1 ​​Calificación básica y actualización de WPS existentes
  • Restricciones del proceso de soldadura QW-290.2
  • QW-290.3 Variables para calificaciones de soldadura de cordones de temple
  • Tabla QW-290.4 Variables de soldadura para la calificación del procedimiento del cordón de temple
  • Prueba y preparación del cupón de prueba QW-290.5
  • Soldadura de reparación en proceso QW-290.6

El diseño de la muestra de prueba como se muestra en la Sec-III, NB se extrae en la Fig-3 a continuación.

Para evaluar la efectividad metalúrgica del procedimiento de soldadura por cordón de temple en los materiales que se reparan, generalmente se aplican las siguientes cuatro pruebas complementarias:

1) Evaluación microestructural de soldadura y ZAT

2) Prueba de dureza

3) Prueba de impacto Charpy Vee Notch

4) Prueba de flexión

Para determinar la efectividad del procedimiento de soldadura de cordones de temple, será necesario comparar los resultados de HAZ de cordones de temple con:

 Los mismos resultados obtenidos de la prueba de calificación del procedimiento de soldadura convencional después del tratamiento térmico tradicional posterior a la soldadura;

  1. b) Los mismos resultados de prueba obtenidos del procedimiento de soldadura convencional sin tratamiento térmico posterior a la soldadura.

Ambas comparaciones son necesarias para determinar si la técnica de soldadura con cordón de temple aplicada proporciona los resultados requeridos.